JP2013149810A - Manufacturing method of multilayer wiring board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の樹脂絶縁層及び複数の導体層を交互に積層して多層化した多層配線基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a multilayer wiring board in which a plurality of resin insulation layers and a plurality of conductor layers are alternately laminated to form a multilayer.
コンピュータのマイクロプロセッサ等として使用されるICチップは、近年ますます高速化、高機能化しており、これに付随して端子数が増え、端子間ピッチも狭くなる傾向にある。一般的にICチップの底面には多数の端子が密集してアレイ状に配置されており、このような端子群はマザーボード側の端子群に対してフリップチップの形態で接続される。ただし、ICチップ側の端子群とマザーボード側の端子群とでは端子間ピッチに大きな差があることから、ICチップをマザーボード上に直接的に接続することは困難である。そのため、通常はICチップをICチップ搭載用配線基板上に搭載してなる半導体パッケージを作製し、その半導体パッケージをマザーボード上に搭載するという手法が採用される。 In recent years, IC chips used as computer microprocessors have become increasingly faster and more functional, and this has been accompanied by an increase in the number of terminals and a narrower pitch between terminals. In general, a large number of terminals are densely arranged on the bottom surface of an IC chip, and such a terminal group is connected to a terminal group on the motherboard side in the form of a flip chip. However, it is difficult to connect the IC chip directly on the mother board because there is a large difference in the pitch between the terminals on the IC chip side terminal group and the mother board side terminal group. For this reason, a method is generally employed in which a semiconductor package is prepared by mounting an IC chip on an IC chip mounting wiring board, and the semiconductor package is mounted on a motherboard.
この種のパッケージを構成するICチップ搭載用配線基板としては、コア基板の表面及び裏面にビルドアップ層を形成した多層配線基板が実用化されている。この多層配線基板においては、コア基板として、例えば、補強繊維に樹脂を含浸させた樹脂基板(ガラスエポキシ基板など)が用いられている。そして、そのコア基板の剛性を利用して、コア基板の表面及び裏面に樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層することにより、ビルドアップ層が形成されている。つまり、この多層配線基板において、コア基板は、補強の役割を果たしており、ビルドアップ層と比べて非常に厚く形成されている。また、コア基板には、表面及び裏面に形成されたビルドアップ層間の導通を図るための配線(具体的には、スルーホール導体など)が貫通形成されている。 As an IC chip mounting wiring board constituting this type of package, a multilayer wiring board in which build-up layers are formed on the front surface and the back surface of a core substrate has been put into practical use. In this multilayer wiring substrate, for example, a resin substrate (such as a glass epoxy substrate) in which a reinforcing fiber is impregnated with a resin is used as a core substrate. Then, by utilizing the rigidity of the core substrate, a buildup layer is formed by alternately laminating a resin insulating layer and a conductor layer on the front surface and the back surface of the core substrate. That is, in this multilayer wiring board, the core board plays a role of reinforcement and is formed much thicker than the build-up layer. In addition, wiring (specifically, a through-hole conductor or the like) is formed through the core substrate for conduction between buildup layers formed on the front surface and the back surface.
近年では、半導体集積回路素子の高速化に伴い、使用される信号周波数が高周波帯域となってきている。この場合、コア基板を貫通する配線が大きなインダクタンスとして寄与し、高周波信号の伝送ロスや回路誤動作の発生につながり、高速化の妨げとなってしまう。この問題を解決するために、多層配線基板を、コア基板を有さない基板とすることが提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載の多層配線基板は、比較的に厚いコア基板を省略することにより全体の配線長を短くしたものであるため、高周波信号の伝送ロスが低減され、ICチップを高速で動作させることが可能となる。 In recent years, with the increase in the speed of semiconductor integrated circuit elements, the signal frequency used has become a high frequency band. In this case, the wiring penetrating the core substrate contributes as a large inductance, leading to transmission loss of high-frequency signals and circuit malfunction, which hinders speeding up. In order to solve this problem, it has been proposed that the multilayer wiring board is a board that does not have a core board (see, for example, Patent Document 1). Since the multilayer wiring board described in Patent Document 1 is obtained by shortening the entire wiring length by omitting a relatively thick core board, the transmission loss of high-frequency signals is reduced, and the IC chip is operated at high speed. It becomes possible.
ところで、特許文献1の多層配線基板では、ICチップ搭載面側における最外層の樹脂絶縁層が内層側の樹脂絶縁層と同じ樹脂材料を用いて形成されている。また、この種の多層配線基板においては、樹脂絶縁層上に形成される無電解めっき層との密着性を向上させる目的や熱膨張率を下げる目的などのために、樹脂材料中にシリカフィラーを添加してなる樹脂絶縁層を用いることがある。さらに、多層配線基板において、最外層の樹脂絶縁層にはICチップを接続するための接続端子が形成されており、その接続端子上にはんだバンプを介してICチップがフリップチップ接続されている。そして、最外層の樹脂絶縁層とICチップとの隙間には、はんだバンプの熱疲労寿命等を向上させるために、液状の熱硬化性樹脂であるアンダーフィル材が充填される。 By the way, in the multilayer wiring board of Patent Document 1, the outermost resin insulation layer on the IC chip mounting surface side is formed using the same resin material as the resin insulation layer on the inner layer side. In addition, in this type of multilayer wiring board, silica filler is used in the resin material for the purpose of improving the adhesion to the electroless plating layer formed on the resin insulating layer or reducing the coefficient of thermal expansion. A resin insulation layer formed by adding may be used. Further, in the multilayer wiring board, a connection terminal for connecting an IC chip is formed on the outermost resin insulation layer, and the IC chip is flip-chip connected to the connection terminal via a solder bump. The gap between the outermost resin insulation layer and the IC chip is filled with an underfill material, which is a liquid thermosetting resin, in order to improve the thermal fatigue life of the solder bumps.
ここで、樹脂絶縁層を構成する樹脂絶縁材料及びアンダーフィル材は有機材料を主体とするため、基本的に疎水性を有する。その一方で、樹脂絶縁層を構成するシリカフィラーは無機酸化物材料であるため、基本的に親水性を有する。そして、最外層の樹脂絶縁層上に供給されたアンダーフィル材は、絶縁層表面の疎水性が高いと流れやすくなり、逆に絶縁層表面の親水性が高いと流れにくくなる傾向がある。ちなみに、絶縁層表面におけるアンダーフィル材の流れ性は、例えば絶縁層表面にて露出するシリカフィラーの存在量に左右される。即ち、当該シリカフィラーの存在量が少ないと、絶縁層表面の疎水性が高くなる結果、流れ性がよくなる。逆に、当該シリカフィラーの存在量が多いと、絶縁層表面の親水性が高くなる結果、流れ性が悪くなる。 Here, since the resin insulating material and the underfill material constituting the resin insulating layer are mainly organic materials, they are basically hydrophobic. On the other hand, since the silica filler which comprises a resin insulating layer is an inorganic oxide material, it has hydrophilicity fundamentally. The underfill material supplied on the outermost resin insulating layer tends to flow when the insulating layer surface has high hydrophobicity, and conversely, when the hydrophilicity of the insulating layer surface is high, it tends to be difficult to flow. Incidentally, the flowability of the underfill material on the surface of the insulating layer depends on the amount of silica filler exposed on the surface of the insulating layer, for example. That is, if the amount of the silica filler is small, the hydrophobicity of the insulating layer surface is increased, and as a result, the flowability is improved. On the other hand, when the amount of the silica filler is large, the hydrophilicity of the insulating layer surface is increased, resulting in poor flowability.
ところで、従来の多層配線基板の製造方法では、最外層の樹脂絶縁層にビア導体を形成するために、通常、レーザ穴加工により開口部を形成する穴あけ工程を行った後、デスミア液の処理により開口部内のスミアを除去するデスミア工程を行っている。しかしながら、このようなデスミア処理を行うと、最外層の樹脂絶縁層も同時に薬液の影響を受けてしまうことから、しばしば絶縁層表面にて露出するシリカフィラーの脱落等を伴いやすい。その結果、シリカフィラーの存在量が減少し、絶縁層表面の疎水性が過度に高くなってしまう可能性がある。そしてこの場合には、アンダーフィル材の流れ性がよくなりすぎてしまい、アンダーフィル材が封止範囲を超えて濡れ広がる結果、最外層の樹脂絶縁層とICチップとの隙間を確実に充填、封止できなくなるおそれがある。従って、アンダーフィル材の封止性を確保するためには、絶縁層表面を適度な親水性表面とすることが必要とされる。また、この場合には絶縁層表面を所望の状態に調整するべく、最外層の樹脂絶縁層の表面にて露出するシリカフィラーの存在量を正確にコントロールできる手法が不可欠となる。 By the way, in the conventional method of manufacturing a multilayer wiring board, in order to form a via conductor in the outermost resin insulation layer, a drilling process for forming an opening is usually performed by laser drilling, followed by a desmear liquid treatment. A desmear process for removing smear in the opening is performed. However, when such desmear treatment is performed, the outermost resin insulation layer is also affected by the chemical solution at the same time, and therefore, silica filler exposed on the surface of the insulation layer is often easily dropped off. As a result, the abundance of the silica filler decreases, and the hydrophobicity of the insulating layer surface may become excessively high. And in this case, the flow of the underfill material becomes too good, and as a result of the underfill material spreading out wet beyond the sealing range, the gap between the outermost resin insulation layer and the IC chip is reliably filled, There is a possibility that sealing cannot be performed. Therefore, in order to ensure the sealing property of the underfill material, it is necessary to make the surface of the insulating layer an appropriate hydrophilic surface. In this case, in order to adjust the surface of the insulating layer to a desired state, a method capable of accurately controlling the abundance of the silica filler exposed on the surface of the outermost resin insulating layer is indispensable.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、最外層の樹脂絶縁層とチップ部品との隙間をアンダーフィル材にて確実に封止することができる多層配線基板の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to manufacture a multilayer wiring board capable of reliably sealing a gap between the outermost resin insulation layer and a chip component with an underfill material. It is to provide a method.
そして上記課題を解決するための手段(手段1)としては、複数の樹脂絶縁層及び複数の導体層を交互に積層して多層化した積層構造体を有し、前記積層構造体において、チップ部品を搭載するチップ搭載面側に形成された最外層の樹脂絶縁層が、内層側の樹脂絶縁層と同じ樹脂絶縁材料を主体として構成されるとともに無機酸化物からなるフィラーを含み、前記最外層の樹脂絶縁層と前記チップ部品との隙間がアンダーフィル材で封止される多層配線基板の製造方法であって、前記最外層の樹脂絶縁層に対してレーザ穴加工を施すことで、導体部を露出させる開口部を形成する穴あけ工程と、前記穴あけ工程後、前記開口部内のスミアを除去するデスミア工程と、前記デスミア工程後、前記最外層の樹脂絶縁層の表面において露出している前記フィラーを増加させるフィラー増加工程とを含むことを特徴とする多層配線基板の製造方法がある。 As means (means 1) for solving the above-mentioned problem, a multilayer structure in which a plurality of resin insulation layers and a plurality of conductor layers are alternately stacked to form a multilayer structure is provided. The outermost resin insulation layer formed on the chip mounting surface side on which the substrate is mounted is composed mainly of the same resin insulation material as the inner resin insulation layer and includes a filler made of an inorganic oxide, A method for manufacturing a multilayer wiring board in which a gap between a resin insulating layer and the chip component is sealed with an underfill material, and by applying laser hole processing to the outermost resin insulating layer, a conductor portion is formed. A hole forming step for forming an opening to be exposed, a desmear step for removing smear in the opening after the hole forming step, and a surface of the outermost resin insulation layer after the desmear step. There are a method of manufacturing the multilayer wiring board, which comprises a filler increasing step of increasing the serial filler.
従って、手段1に記載の発明によると、穴あけ工程にて最外層の絶縁樹脂層に開口部が形成され、デスミア工程にてその開口部内のスミアが除去される。その後、フィラー増加工程を行うことで、最外層の樹脂絶縁層の表面において露出しているフィラーの存在量を増加させることができる。ゆえに、デスミア工程を経た段階で絶縁層表面にて露出しているフィラーの存在量が少なくても、それを適度に増加させて調整することができ、絶縁層表面を適度な親水性表面とすることができる。よって、アンダーフィル材の流れ性が適正化されやすくなり、最外層の樹脂絶縁層とチップ部品との隙間をアンダーフィル材にて確実に封止することができる。 Therefore, according to the invention described in the means 1, the opening is formed in the outermost insulating resin layer in the drilling process, and the smear in the opening is removed in the desmear process. Thereafter, by performing the filler increasing step, it is possible to increase the amount of filler exposed on the surface of the outermost resin insulating layer. Therefore, even if the amount of filler exposed on the surface of the insulating layer after passing through the desmear process is small, it can be adjusted by increasing it appropriately, and the surface of the insulating layer is made an appropriate hydrophilic surface. be able to. Therefore, the flowability of the underfill material is easily optimized, and the gap between the outermost resin insulating layer and the chip component can be reliably sealed with the underfill material.
上記製造方法では、最外層の樹脂絶縁層に対してレーザ穴加工を施すことでその部分の樹脂絶縁層を部分的に除去し、内層にある導体部を露出させる開口部を形成する穴あけ工程を行う。このような導体部としては種々のものがあり特に限定されないが、例えば、ICチップを接続するための接続端子が好適例として挙げられる。導体部はICチップ以外のチップ部品(例えば、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップコイル等)を接続するための接続端子であってもよい。このような接続端子上には、その一部が最外層の樹脂絶縁層から突出するように柱状端子が形成されていてもよい。なお、導体部は電子部品との電気的接続を目的とするものに限られず、電気的接続を目的としないもの(例えば位置合わせ用導体部など)であってもよい。 In the manufacturing method described above, a laser drilling process is performed on the outermost resin insulation layer to partially remove the resin insulation layer, thereby forming an opening that exposes the conductor in the inner layer. Do. There are various kinds of such conductor parts, and there is no particular limitation. For example, a connection terminal for connecting an IC chip can be cited as a preferred example. The conductor portion may be a connection terminal for connecting a chip component (for example, a chip resistor, a chip capacitor, a chip inductor, a chip coil, etc.) other than the IC chip. A columnar terminal may be formed on such a connection terminal so that a part of the connection terminal protrudes from the outermost resin insulating layer. The conductor portion is not limited to the one intended for electrical connection with the electronic component, and may be one not intended for electrical connection (for example, a positioning conductor portion).
穴あけ工程後には、レーザ照射により生じた開口部内のスミアを除去するデスミア工程を行う。具体的には、デスミア液によるウェットエッチング処理によりスミアを溶解、除去する。 After the drilling process, a desmear process is performed to remove smear in the opening caused by laser irradiation. Specifically, the smear is dissolved and removed by wet etching with a desmear solution.
デスミア工程後には、最外層の樹脂絶縁層の表面において露出しているフィラーを増加させるフィラー増加工程を行う。フィラー増加工程の好適な具体例としては、例えば、最外層の樹脂絶縁層のうちの表面をなす樹脂絶縁材料を選択的に除去してフィラーを露出させるドライエッチング処理を挙げることができる。一般的に、ドライエッチング処理のほうがウェットエッチング処理に比べて処理条件のコントロールが容易だからである。従って、適切な処理条件を設定することができ、結果としてフィラーの脱落を抑制しつつ樹脂絶縁材料を選択的に除去することができる。また、これとは別のフィラー増加工程としては、最外層の樹脂絶縁層の表面上にフィラーを固着させるフィラー固着処理を挙げることができる。ただし、フィラー固着処理とドライエッチング処理とを比較した場合、後者のほうが前者に比べて確実かつ容易に処理を行うことができる点で好ましい。また、後者によれば、フィラー自体の表面も活性化、親水化しうるという点でも好ましい。 After the desmear process, a filler increasing process for increasing the filler exposed on the surface of the outermost resin insulation layer is performed. As a preferable specific example of the filler increasing step, for example, a dry etching process in which the resin insulating material forming the surface of the outermost resin insulating layer is selectively removed to expose the filler can be mentioned. This is because, generally, the dry etching process is easier to control the processing conditions than the wet etching process. Accordingly, it is possible to set appropriate processing conditions, and as a result, it is possible to selectively remove the resin insulating material while suppressing the dropout of the filler. As another filler increasing step, filler fixing treatment for fixing a filler on the surface of the outermost resin insulating layer can be mentioned. However, when the filler fixing process and the dry etching process are compared, the latter is preferable in that the process can be reliably and easily performed compared to the former. The latter is also preferable in that the surface of the filler itself can be activated and hydrophilized.
ドライエッチング処理とは、反応性ガスや、イオン化・ラジカル化したガスによって材料をエッチングする手法であって、その好適な具体例としては、プラズマ処理を挙げることができる。それ以外のものとしては、例えば反応性イオンエッチング(RIE)やイオンミリング等がある。 The dry etching process is a technique of etching a material with a reactive gas or an ionized / radicalized gas, and a preferable specific example thereof is a plasma process. Other examples include reactive ion etching (RIE) and ion milling.
ドライエッチング処理を行う場合、最外層の樹脂絶縁層のエッチング量がフィラーの平均粒径の半分程度の厚さ、具体的には40%以上60%以下の厚さとなるように条件設定されてもよい。40%未満である場合には、処理条件が弱くなりすぎてフィラー周囲の樹脂絶縁材料を十分に除去できなくなる。よって、絶縁層表面にて露出しているフィラーを十分に増加させることが困難になるおそれがある。ただし、60%超である場合には、処理条件が強くなりすぎてフィラー周囲の樹脂絶縁材料が過度に除去されてしまう。よって、露出したフィラーが脱落しやすくなり、結果的にフィラーを十分に増加させることが困難になるおそれがある。ここで、例えばフィラーの平均粒径が2μm程度である場合を想定すると、最外層の樹脂絶縁層のエッチング量は0.8μm以上1.6μm以下の厚さとなるように条件設定されることがよい。また、フィラーの平均粒径が0.5μm程度である場合を想定すると、最外層の樹脂絶縁層のエッチング量は0.2μm以上0.3μm以下の厚さとなるように条件設定されることがよい。 When dry etching treatment is performed, conditions may be set such that the etching amount of the outermost resin insulation layer is about half the average particle diameter of the filler, specifically, 40% to 60%. Good. If it is less than 40%, the processing conditions become too weak and the resin insulating material around the filler cannot be sufficiently removed. Therefore, it may be difficult to sufficiently increase the filler exposed on the surface of the insulating layer. However, if it exceeds 60%, the processing conditions become too strong and the resin insulating material around the filler is excessively removed. Therefore, the exposed filler tends to fall off, and as a result, it may be difficult to increase the filler sufficiently. Here, for example, assuming that the average particle diameter of the filler is about 2 μm, the etching amount of the outermost resin insulating layer is preferably set so that the thickness is 0.8 μm or more and 1.6 μm or less. . In addition, assuming that the average particle size of the filler is about 0.5 μm, the etching amount of the outermost resin insulating layer is preferably set to have a thickness of 0.2 μm or more and 0.3 μm or less. .
デスミア工程後に直ちにフィラー増加工程を行ってもよいが、例えばデスミア工程後かつフィラー増加工程前の段階で高圧水洗処理を施してもよい。高圧水洗処理を行うと、デスミア液が洗い落されるばかりでなく、絶縁層表面にて露出しているフィラーのうち固着力が弱いものも洗い落とすことができる。このため、フィラー増加工程以降の工程でフィラーが脱落しにくくなるという利点がある。 The filler increasing step may be performed immediately after the desmear process, but for example, high-pressure water washing may be performed after the desmear process and before the filler increasing process. When the high-pressure water washing treatment is performed, not only the desmear liquid is washed away, but also the filler exposed on the surface of the insulating layer that has a weak adhesion can be washed off. For this reason, there exists an advantage that a filler becomes difficult to drop | omit in the process after a filler increase process.
高圧水洗処理を行った場合には、高圧水洗処理後かつフィラー増加工程前の段階で表面めっきを行うようにしてもよい。仮に高圧水洗処理前の段階で表面めっきを行うとすると、絶縁層表面から脱落したフィラーの混入によりめっき液が早期に劣化してしまう。また、フィラーの脱落が起きている状況で表面めっきを行うと、意図しない箇所にめっきが析出する等の不具合が発生しやすくなり、信頼性の高いめっき層を得にくくなる。それに対し、高圧水洗処理後かつフィラー増加工程前の段階で表面めっきを行えば、めっき液の早期劣化が回避されてコスト性が向上するばかりでなく、形成されるめっき層の信頼性も向上する。 When the high-pressure water washing treatment is performed, surface plating may be performed at a stage after the high-pressure water washing treatment and before the filler increasing step. If surface plating is performed at a stage before the high-pressure water washing treatment, the plating solution is deteriorated at an early stage due to mixing of the filler that has fallen off from the surface of the insulating layer. Further, when surface plating is performed in a situation where the filler has fallen off, problems such as plating depositing at unintended locations are likely to occur, making it difficult to obtain a highly reliable plating layer. On the other hand, if surface plating is performed at a stage after the high-pressure water washing treatment and before the filler increasing process, early deterioration of the plating solution is avoided and the cost is improved, and the reliability of the formed plating layer is also improved. .
なお、表面めっきにより形成されるめっき層を構成しているのは銅、ニッケル/金等の金属であるため、めっき層と絶縁層表面との密着性を向上させるためには、絶縁層表面をどちらかというと疎水性表面としておくことが好ましい。仮にフィラー増加工程後の段階で表面めっきを行うとすると、絶縁層表面には多くのフィラーが露出しており親水性が高まっていることから、密着性の向上にとって不利な状況となる。それに対し、フィラー増加工程前の段階で表面めっきを行えば、絶縁層表面にて露出するフィラーの存在量がまだ少ないため、疎水性表面上にめっきを施すことができる。よって、絶縁層表面との密着性に優れ、信頼性の高いめっき層を形成することができる。しかも、このような手順であると、絶縁層表面の一部がめっき層で覆われた状態でフィラー増加工程を行うことになるため、非被覆エリアのみを選択的に適度な親水性表面とすることが可能となり、好都合である。 Since the plating layer formed by surface plating is made of metal such as copper, nickel / gold, etc., in order to improve the adhesion between the plating layer and the insulating layer surface, the insulating layer surface must be If anything, it is preferable to have a hydrophobic surface. If surface plating is performed at a stage after the filler increasing step, many fillers are exposed on the surface of the insulating layer and hydrophilicity is increased, which is disadvantageous for improving the adhesion. On the other hand, if surface plating is performed before the filler increasing step, the amount of filler exposed on the surface of the insulating layer is still small, so that the plating can be performed on the hydrophobic surface. Therefore, it is possible to form a highly reliable plating layer with excellent adhesion to the insulating layer surface. Moreover, in such a procedure, since the filler increasing step is performed in a state where a part of the insulating layer surface is covered with the plating layer, only the uncovered area is selectively made an appropriate hydrophilic surface. It is possible and convenient.
積層構造体を構成する複数の樹脂絶縁層は、絶縁性、耐熱性、耐湿性等を考慮して適宜選択することができる。各樹脂絶縁層を形成するための高分子材料の好適例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂等が挙げられる。また、樹脂絶縁層に含まれるフィラーとしては、シリカ、チタニア、アルミナなどの無機酸化物からなるフィラーが挙げられる。特に、シリカフィラーは誘電率が低く、線膨張率が低いため、樹脂絶縁層にシリカフィラーを添加すると、多層配線基板の品質をより高めることができる。 The plurality of resin insulation layers constituting the laminated structure can be appropriately selected in consideration of insulation, heat resistance, moisture resistance, and the like. Preferred examples of the polymer material for forming each resin insulation layer include thermosetting resins such as epoxy resins, phenol resins, urethane resins, silicone resins, polyimide resins, polycarbonate resins, acrylic resins, polyacetal resins, polypropylene resins. And other thermoplastic resins. Moreover, as a filler contained in a resin insulating layer, the filler which consists of inorganic oxides, such as a silica, a titania, an alumina, is mentioned. In particular, since the silica filler has a low dielectric constant and a low coefficient of linear expansion, the quality of the multilayer wiring board can be further improved by adding the silica filler to the resin insulating layer.
樹脂絶縁層が熱硬化性樹脂を用いて形成されたものである場合、フィラー増加工程後に、最外層の樹脂絶縁層を加熱して硬化させる熱キュア工程をさらに行ってもよい。その理由は、完全硬化状態となる前の樹脂絶縁層は比較的軟らかいため、プラズマ処理を効率よく行うことができるからである。 When the resin insulating layer is formed using a thermosetting resin, a heat curing step of heating and curing the outermost resin insulating layer may be further performed after the filler increasing step. The reason is that the resin treatment layer before being completely cured is relatively soft, so that the plasma treatment can be performed efficiently.
以下、本発明の多層配線基板の製造方法を具体化した一実施の形態を図1〜図15に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying a method for producing a multilayer wiring board according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1に示されるように、本実施の形態の半導体パッケージ10は、多層配線基板11とICチップ12とからなるBGA(ボールグリッドアレイ)である。なお、半導体パッケージ10の形態は、BGAのみに限定されず、例えばPGA(ピングリッドアレイ)やLGA(ランドグリッドアレイ)等であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
多層配線基板11は、コア基板を含まずに形成されたコアレス配線基板であって、同じ樹脂絶縁材料を主体とした樹脂絶縁層21,22,23,24,25と銅からなる導体層26とを交互に積層して多層化した配線積層部30(積層構造体)を有している。各樹脂絶縁層21〜25は、光硬化性を付与していない樹脂絶縁材料、具体的には熱硬化性エポキシ樹脂の硬化物を主体としたビルドアップ材を用いて形成されている。また、各樹脂絶縁層21〜25には、シリカフィラーが添加されている。
The
多層配線基板11において、配線積層部30の上面31(チップ搭載面)側には、ICチップ12を接続するための複数の接続端子41がアレイ状に配置されている。配線積層部30において上面31側の最外層となる樹脂絶縁層25は、ソルダーレジストとして機能する絶縁層である。この樹脂絶縁層25には、複数の接続端子41を露出させるための開口部43が形成されている。接続端子41の表面上には、複数のはんだバンプ44が配設されている。各はんだバンプ44は、ICチップ12の面接続端子28に電気的に接続されている。なお、配線積層部30の上面31において、各接続端子41及び各はんだバンプ44が形成される領域は、ICチップ12を搭載可能なICチップ搭載領域29である。
In the
一方、配線積層部30の下面32上には、マザーボード接続用の複数の接続端子45がアレイ状に配置されている。また、各接続端子45の表面上には、複数のはんだバンプ47が配設されており、はんだバンプ47により、多層配線基板11は図示しないマザーボード上に実装される。
On the other hand, a plurality of
各樹脂絶縁層21〜24には、それぞれビア穴33及びビア導体34が設けられている。各ビア穴33は、円錐台形状をなし、各樹脂絶縁層21〜25に対してレーザ加工を施すことで形成される。各ビア導体34は、上面31側に行くに従って拡径した導体であって、各導体層26、接続端子41及び接続端子45を相互に電気的に接続している。
Each
また、本実施の形態の多層配線基板11において、最外層の樹脂絶縁層25とICチップ12との隙間にアンダーフィル材49が充填され、ICチップ12の接続部分(接続端子41、はんだバンプ44、及び面接続端子28)がアンダーフィル材49で封止されている。さらに、多層配線基板11では、最外層の樹脂絶縁層25においてシリカフィラー57が表面から露出している(図10参照)。
In the
以下、本実施の形態における多層配線基板11の製造方法について説明する。
Hereinafter, the manufacturing method of the
先ず、十分な強度を有する支持基板50(ガラスエポキシ基板など)を準備し、その支持基板50上に、樹脂絶縁層21〜25及び導体層26をビルドアップして配線積層部30を形成する。
First, a support substrate 50 (such as a glass epoxy substrate) having sufficient strength is prepared, and the
詳述すると、図2に示されるように、支持基板50上に、エポキシ樹脂からなるシート状の絶縁樹脂基材を貼り付けて下地樹脂絶縁層51を形成することにより、支持基板50及び下地樹脂絶縁層51からなる基材52を得る。そして、基材52の下地樹脂絶縁層51の上面に、積層金属シート体54を配置する。ここで、下地樹脂絶縁層51上に積層金属シート体54を配置することにより、以降の製造工程で積層金属シート体54が下地樹脂絶縁層51から剥がれない程度の密着性が確保される。積層金属シート体54は、2枚の銅箔55,56(一対の金属箔)を剥離可能な状態で密着させてなる。具体的には、金属めっき(例えば、クロムめっき、ニッケルめっき、チタンめっき、またはこれらの複合めっき)を介して銅箔55、銅箔56が配置された積層金属シート体54が形成されている。
More specifically, as shown in FIG. 2, a base
その後、基材52上において、積層金属シート体54を包むようにシート状の樹脂絶縁層21を配置し、樹脂絶縁層21を貼り付ける(図3参照)。この樹脂絶縁層21は、積層金属シート体54と密着するとともに、積層金属シート体54の周囲領域において下地樹脂絶縁層51と密着することで、積層金属シート体54を封止する。
Then, on the
そして、例えばエキシマレーザやUVレーザやCO2レーザなどを用いてレーザ加工を施すことによって樹脂絶縁層21の所定の位置にビア穴33を形成する(図4参照)。次いで、過マンガン酸カリウム溶液などのエッチング液を用いて各ビア穴33内のスミアを除去するデスミア工程を行う。
Then, a via
デスミア工程の後、従来公知の手法に従って無電解銅めっき及び電解銅めっきを行うことで、各ビア穴33内にビア導体34を形成する。さらに、従来公知の手法(例えばセミアディティブ法)によってエッチングを行うことで、樹脂絶縁層21上に導体層26をパターン形成する(図5参照)。また、他の樹脂絶縁層22〜25、導体層26、接続端子41についても、上述した樹脂絶縁層21及び導体層26と同様の手法によって形成し、樹脂絶縁層21上に積層していく(図6,図7参照)。
After the desmear process, via
そして、最外層の樹脂絶縁層25に対してレーザ穴加工を施すことにより、ICチップ12を接続するための接続端子41を露出させる開口部43を形成する(穴あけ工程:図8参照)。次いで、過マンガン酸カリウム溶液などにて各開口部43内のスミアを除去するデスミア工程を行う(図9参照)。このデスミア工程を行うと、最外層の樹脂絶縁層25の表面や開口部43の壁面が粗化されて微細な凹凸からなる粗化面となる。図10には、1段目にデスミア工程前の状態が描かれ、2段目にデスミア工程後の状態が描かれている。この図からも把握できるように、デスミア工程を経ると、最外層の樹脂絶縁層25における樹脂絶縁材料が選択的に溶解される結果、シリカフィラー57が上面31から露出してくる。この時点では、樹脂絶縁層25の表面(即ち上面31)から露出しているシリカフィラー57の存在量(残量)は、いったん減少することになる。
Then, laser hole machining is performed on the outermost
デスミア工程後かつフィラー増加工程前の段階では、高圧水洗処理を実施する。具体的には、水圧を100kgf/cm2〜500kgf/cm2程度に設定し、樹脂絶縁層25の表面に対して高圧水を常温にて10秒〜2分程度継続して吹き付けることを行う。図10の3段目には、高圧水洗工程後の状態が描かれている。この図からも把握できるように、この処理を行うことで、樹脂絶縁層25の表面や開口部43の壁面から露出しているシリカフィラー57のうち、脱落しやすい不安定なものが洗い落とされる。即ち、ここでは表面がより多く露出(表面積の半分以上が露出)しているシリカフィラー57が除去され、樹脂絶縁層25に埋まり込んでいるシリカフィラー57については樹脂絶縁層25に残る。この時点では、絶縁層表面から露出しているシリカフィラー57の存在量は、デスミア工程直後の状態よりもさらに減少することになる。
In the stage after the desmear process and before the filler increasing process, high-pressure water washing is performed. Specifically, to set the pressure to about 100kgf / cm 2 ~500kgf / cm 2 , performing the blowing continued 10 seconds to 2 minutes high pressure water at room temperature to the surface of the
続くフィラー増加工程では、ドライエッチング処理の一種であるプラズマ処理を実施する。この処理を行うと、最外層の樹脂絶縁層25のうちの表面(上面31)をなす樹脂絶縁材料が選択的に除去される結果、上面31において露出しているシリカフィラー57の存在量が増加する(図10の4段目を参照)。この処理の結果、デスミア工程を経た段階で絶縁層表面にて露出しているシリカフィラー57の存在量が少なくても、それを適度に増加させて所望値に調整することができる。本実施形態では、O2プラズマ装置を用いて最外層の樹脂絶縁層25の表面にO2プラズマを照射するプラズマ処理を行っている。ここで、シリカフィラー57の平均粒径D1が1μmであることから、樹脂絶縁層25のエッチング量T1をその半分程度の厚さである0.4μm〜0.6μmに設定している。
In the subsequent filler increasing step, plasma processing which is a kind of dry etching processing is performed. When this treatment is performed, the resin insulating material that forms the surface (upper surface 31) of the outermost
本発明者は、フィラー増加工程の前後で樹脂絶縁層25の表面のSEM写真を撮影し、それらSEM写真に基づいて、シリカフィラー57の存在量が増加していることを確認した。具体的には、樹脂絶縁層25表面のSEM写真59(図11参照)において対角線L1を引き、その対角線L1上にて占めるシリカフィラー57の長さ(対角線L1上に重なる各シリカフィラー57の幅を加算した距離)を測定する。そして、「(当該加算距離/対角線L1の長さ)×100(%)」の値を「シリカフィラー57の存在量(存在率)」と定義した。そしてこの測定結果に基づいて、シリカフィラー57の存在量が増加していることを確認した。
The inventor took SEM photographs of the surface of the
測定結果によると、フィラー増加工程前(ただしデスミア工程直後)では、樹脂絶縁層25の内部におけるフィラー57の存在量は約83%であった。一方、樹脂絶縁層25の表面にて露出するシリカフィラー57の存在量は30%〜40%程度に減少した。また、このときの樹脂絶縁層25の表面に対するアンダーフィル材49の接触角(CA)は約8°〜12°程度であった。よって、樹脂絶縁層25の表面は、親水性表面から疎水性表面に転じていた。さらに、高圧水洗工程を行った直後では、樹脂絶縁層25の表面にて露出するシリカフィラー57の存在量はさらに少なくなり、接触角も小さくなる傾向があった。
According to the measurement results, before the filler increasing step (but immediately after the desmear step), the amount of
そして、フィラー増加工程を経た段階では、樹脂絶縁層25の表面にて露出するシリカフィラー57の存在量が55%〜65%程度に増加した。アンダーフィル材49の接触角はこのとき約17°〜18°程度になった。従って、最終的にフィラー増加工程後においては、樹脂絶縁層25の表面を適度な親水性表面にすることができ、アンダーフィル材49の流れ性を好適な状態にすることができた。
And in the stage which passed through the filler increase process, the abundance of the
以上のようなフィラー増加工程後、各樹脂絶縁層21〜25を加熱して硬化させる熱キュア工程を実施する。なお、本実施形態では、各樹脂絶縁層21〜25について、各層を形成する度に、ある程度硬化させるプリキュア工程を行った上で、熱キュア工程で最終的に硬化させている。
After the filler increasing step as described above, a heat curing step is performed in which each of the
上述したビルドアップ工程によって、基材52上に積層金属シート体54、樹脂絶縁層21〜25及び導体層26を積層した配線積層体60を形成する。なお図11に示されるように、配線積層体60において積層金属シート体54上に位置する領域が、多層配線基板11の配線積層部30となる部分である。
By the build-up process described above, the
ビルドアップ工程後、配線積層体60をダイシング装置(図示略)により切断し、配線積層部30の周囲領域を除去する。この際、図12に示すように、配線積層部30とその周囲部P1との境界(図12では矢印で示す境界)において、配線積層部30の下方にある基材52(支持基板50及び下地樹脂絶縁層51)ごと切断する。この切断によって、樹脂絶縁層21にて封止されていた積層金属シート体54の外縁部が露出した状態となる。つまり、周囲部P1の除去によって、下地樹脂絶縁層51と樹脂絶縁層21との密着部分が失われる。この結果、配線積層部30と基材52とは積層金属シート体54のみを介して連結した状態となる。
After the build-up process, the
ここで、図13に示されるように、積層金属シート体54における一対の銅箔55,56の界面にて剥離することで、配線積層部30から基材52を除去して配線積層部30(樹脂絶縁層21)の下面32上にある銅箔55を露出させる。そして、図14に示されるように、配線積層部30(樹脂絶縁層21)の下面32上にある銅箔55に対してエッチングによるパターニングを行うことにより、樹脂絶縁層21上に接続端子45を形成する。
Here, as shown in FIG. 13, by peeling at the interface between the pair of copper foils 55 and 56 in the laminated
続くはんだバンプ形成工程では、樹脂絶縁層24上に形成された複数の接続端子41上に、ICチップ接続用のはんだバンプ44を形成する(図15参照)。具体的には、図示しないはんだボール搭載装置を用いて各接続端子41上にはんだボールを配置した後、はんだボールを所定の温度に加熱してリフローすることにより、各接続端子41上にはんだバンプ44を形成する。同様に、樹脂絶縁層21上に形成された複数の接続端子45上に、はんだバンプ47を形成する。以上の工程を経て、多層配線基板11が製造される。
In the subsequent solder bump forming step, solder bumps 44 for connecting IC chips are formed on the plurality of
その後、多層配線基板11のICチップ搭載領域29にICチップ12を載置する。このとき、ICチップ12側の面接続端子28と、多層配線基板11側のはんだバンプ44とを位置合わせするようにする。そして、加熱して各はんだバンプ44をリフローすることにより、面接続端子28とはんだバンプ44とが接合され、多層配線基板11にICチップ12が搭載される。
Thereafter, the
さらに、最外層の樹脂絶縁層25とICチップ12との隙間に、液状の熱硬化性樹脂であるアンダーフィル材49を流し込む。このとき、樹脂絶縁層25の表面は上記のように適度な親水性表面となっており、アンダーフィル材49の流れ性が好適な状態になっている。そのため、アンダーフィル材49が封止範囲を超えて濡れ広がることもなく、最外層の樹脂絶縁層25とICチップ12との隙間全体を過不足なく確実に充填、封止することができる。以上の結果、図1に示されるように、多層配線基板11とICチップ12との接続部がアンダーフィル材49によって封止された半導体パッケージ10が製造される。
Further, an
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施形態の製造方法によると、デスミア工程後にフィラー増加工程を行っているため、最外層の樹脂絶縁層25の表面において露出しているシリカフィラー57の存在量を増加させることができる。ゆえに、デスミア工程を経た段階で絶縁層表面にて露出しているシリカフィラー57の存在量が少なくても、それを適度に増加させて調整することができ、絶縁層表面を適度な親水性表面とすることができる。よって、アンダーフィル材49の流れ性が適正化されやすくなり、最外層の樹脂絶縁層25とICチップ12との隙間をアンダーフィル材49にて確実に封止することができる。
(1) According to the manufacturing method of this embodiment, since the filler increasing process is performed after the desmear process, the abundance of the
(2)本実施形態の製造方法のフィラー増加工程では、ドライエッチング処理の一種であるプラズマ処理を採用しているため、ウェットエッチング処理に比べて処理条件を容易かつ確実にコントロールすることができる。従って、フィラーの脱落を抑制しつつ樹脂絶縁材料を選択的に除去し、フィラーを確実に露出させることができる。また、フィラー自体の表面を活性化、親水化することができる。 (2) In the filler increasing step of the manufacturing method of the present embodiment, plasma processing, which is a kind of dry etching processing, is employed, so that the processing conditions can be controlled more easily and reliably than wet etching processing. Accordingly, the resin insulating material can be selectively removed while suppressing the filler from falling off, and the filler can be reliably exposed. In addition, the surface of the filler itself can be activated and hydrophilized.
(3)本実施形態の製造方法では、デスミア工程後かつフィラー増加工程前の段階で高圧水洗処理を施している。そしてこの処理によると、デスミア液が洗い落されるばかりでなく、絶縁層表面にて露出しているシリカフィラー57のうち固着力が弱いものも洗い落とすことができる。このため、フィラー増加工程以降の工程でシリカフィラー57が脱落しにくくなるという利点がある。なお、樹脂絶縁層25の表面や開口部43の内壁に付着している異物(樹脂カスなど)も除去することができる。
(3) In the manufacturing method of this embodiment, the high pressure water washing process is performed in the stage after a desmear process and before a filler increase process. According to this treatment, not only the desmear liquid is washed out, but also the
(4)本実施形態の製造方法では、樹脂絶縁層25を硬化させる熱キュア工程の前にフィラー増加工程が実施されるので、完全硬化状態ではなく比較的軟らかい不完全硬化状態の樹脂をエッチングすることができる。よって、プラズマ処理を効率よく短時間で行うことができ、生産性の向上を達成しやすくなる。
(4) In the manufacturing method of the present embodiment, since the filler increasing step is performed before the heat curing step for curing the
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
・上記実施形態では、フィラー増加処理としてドライエッチング処理を行うようにしたが、これに代えて、最外層の樹脂絶縁層25の表面上にシリカフィラー57を固着させるフィラー固着処理を行うようにしてもよい。具体的には、最外層の樹脂絶縁層25を不完全硬化状態としておき、その表面上にシリカフィラー57を均一に塗すようにする。その後、熱キュアを行って樹脂絶縁層25を完全硬化させ、シリカフィラー57を固着させるようにする。
In the above embodiment, the dry etching process is performed as the filler increasing process. Instead, a filler fixing process for fixing the
・上記実施形態では、デスミア工程後かつフィラー増加工程前の段階で高圧水洗処理を施したが、この処理は必須ではないため不要であれば省略してもよい。 -In the said embodiment, although the high pressure water washing process was performed in the stage after a desmear process and a filler increase process, since this process is not essential, you may abbreviate | omit if unnecessary.
・上記実施の形態では、コアを有さない多層配線基板11に具体化するものであったが、コア基板の両面にビルドアップ層(配線積層部)を形成した多層配線基板に本発明を具体化してもよい。
In the above embodiment, the present invention is embodied in the
・本発明は、例えば、図16〜図20に示す別の実施の形態における多層配線基板11Aのように具体化してもよい。この多層配線基板11Aでは、導体部の構造が上記実施形態のものと異なっている。即ち、上記実施形態のものにおける導体部は、ソルダーレジストとして機能する樹脂絶縁層25の下に配置された複数の接続端子41であった。複数の接続端子41の表面上に、銅めっきにより形成される複数の柱状端子61(銅ポスト)が形成されている。これらの柱状端子61は、その一部が開口部43を介して最外層の樹脂絶縁層25から突出している。柱状端子61の外表面はニッケル/金めっき層62によって被覆されている。また、最外層の樹脂絶縁層25における外周部には、銅めっきからなるチップコンデンサ接続用の接続端子71が複数形成されている。この接続端子71の外表面もニッケル/金めっき層62によって被覆されている。
The present invention may be embodied as, for example, a
以下、その製造方法について説明する。まず、上記実施形態の手順に従い、最外層の樹脂絶縁層25の開口部43に対するデスミア処理を行う(図17参照)。次いで、高圧水洗処理を実施した後、めっき工程を行って柱状端子61及び接続端子71をそれぞれ形成する(図18参照)。具体的には次の手順による。まず、無電解銅めっき(表面めっき)を行い、樹脂絶縁層25の開口部43の内壁及び樹脂絶縁層25を覆う全面めっき層を形成する。そして、樹脂絶縁層25の上面31にめっきレジスト形成用のドライフィルムをラミネートし、同ドライフィルムに対して露光及び現像を行うことで、図示しないめっきレジストを形成する。この後、めっきレジストを形成した状態で選択的に電解銅めっきを行った後、不要となっためっきレジスト及び全面めっき層の露出部分を除去し、柱状端子61、接続端子71、ダミー導体層72を形成する。この段階では、絶縁層表面にて露出するシリカフィラー57の存在量がまだ少ない(30%〜40%程度である)ため、当該絶縁層表面は疎水性表面となっている。従って、銅めっきからなる柱状端子61や接続端子71について、絶縁層表面との好適な密着性を確保することができる。さらにこの後、柱状端子61及び接続端子71の上にエッチングレジストを形成する(図19参照)。この状態でエッチングを行ってダミー導体層72のみを除去した後、エッチングレジストを除去する(図20参照)。そして、この段階で上記実施形態のようなフィラー増加工程としてのプラズマ処理を行う。その結果、絶縁層表面にて露出するシリカフィラー57の存在量を増加させる(55%〜65%程度)。このような手順であると、絶縁層表面の一部が柱状端子61及び接続端子71で覆われた状態でフィラー増加工程を行うことになる。よって、非被覆エリアのみを選択的に適度な親水性表面とすることができ、アンダーフィル材49の封止性を確保することが可能となる。そして、柱状端子61及び接続端子45に対して無電解ニッケルめっき、無電解金めっきを順次施す。この結果、柱状端子61及び接続端子45の表面に、それぞれニッケル/金めっき層62を形成し、図16の多層配線基板11Aを完成させるようにする。
Hereinafter, the manufacturing method will be described. First, according to the procedure of the said embodiment, the desmear process with respect to the
11,11A…多層配線基板
12…チップ部品としてのICチップ
21〜25…樹脂絶縁層
26…導体層
30…積層構造体としての配線積層部
31…チップ搭載面としての上面
41,71…導体部としての接続端子
43…開口部
49…アンダーフィル材
57…フィラーとしてのシリカフィラー
61…柱状端子
D1…フィラーの平均粒径
T1…エッチング量
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記最外層の樹脂絶縁層に対してレーザ穴加工を施すことで、導体部を露出させる開口部を形成する穴あけ工程と、
前記穴あけ工程後、前記開口部内のスミアを除去するデスミア工程と、
前記デスミア工程後、前記最外層の樹脂絶縁層の表面において露出している前記フィラーを増加させるフィラー増加工程と
を含むことを特徴とする多層配線基板の製造方法。 It has a multilayer structure in which a plurality of resin insulation layers and a plurality of conductor layers are alternately laminated to form a multilayer structure, and in the multilayer structure, the outermost resin insulation formed on the chip mounting surface side on which chip components are mounted The layer is mainly composed of the same resin insulating material as that of the resin insulating layer on the inner layer side and includes a filler made of an inorganic oxide. The gap between the outermost resin insulating layer and the chip component is sealed with an underfill material. A method of manufacturing a multilayer wiring board to be stopped,
A drilling step for forming an opening exposing the conductor by laser drilling the outermost resin insulation layer;
After the drilling process, a desmear process for removing smear in the opening,
And a filler increasing step of increasing the filler exposed on the surface of the outermost resin insulating layer after the desmearing step.
前記フィラー増加工程後、前記最外層の樹脂絶縁層を加熱して硬化させる熱キュア工程をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の多層配線基板の製造方法。 The resin insulation layer is formed using a thermosetting resin,
9. The method for manufacturing a multilayer wiring board according to claim 1, further comprising a thermal curing step of heating and curing the outermost resin insulating layer after the filler increasing step. 10.
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